基于Fe-MOF@N-dG的可持续电化学传感平台用于人血浆中盐酸度硫平（DOTH）的灵敏测定

《Chemosensors》：A Sustainable Fe-MOF@N-Doped Graphite Electrochemical Platform for Sensitive Dothiepin Determination in Human Plasma

　　

准确监测抗抑郁药对于确保疗效并减少不良反应至关重要，因此需要灵敏且可靠的分析方法。在本研究中，研究人员开发了一种新型电化学传感器，用于测定盐酸度硫平（DOTH），该传感器采用负载于氮掺杂石墨（N-dG）上的铁基金属有机框架（Fe-MOF）复合材料（Fe-MOF@N-dG）。该复合材料通过快速超声辅助方法在环境温度下合成，避免了水热/溶剂热加热，并减少了危险有机溶剂的消耗。研究人员采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和电化学阻抗谱（EIS）研究了所制备Fe-MOF@N-dG的物理化学和电化学特性。表征结果证实复合材料成功形成，并表明Fe-MOF与氮掺杂石墨之间存在协同相互作用。导电N-dG网络促进电子转移，而Fe-MOF提供丰富的电催化活性位点，从而增强传感性能。电化学测量在pH 3.0的Britton–Robinson缓冲溶液（BRB）中于优化条件下进行。所制备传感器在0.6–100 μM浓度范围内呈线性响应，检测限（LOD）为0.073 μM，表明其对DOTH测定具有良好的灵敏度。所提方法在准确度和精密度方面得到验证，并成功应用于加标人血浆样品分析。研究人员还采用新引入的环境、性能与实用性指数（EPPI）以及其他已建立的绿色分析评价工具评估了该方法的环境可持续性。研究结果表明，Fe-MOF@N-dG平台为人血浆中DOTH的电化学测定提供了一种潜在灵敏、可靠且环境可持续的策略。

抑郁症已成为全球重大健康问题，影响不同年龄人群，常呈复发性并导致长期功能损害。盐酸度硫平（DOTH，一种三环类抗抑郁药）常用于一线治疗抵抗病例，并因镇静特性对伴严重焦虑或慢性失眠的抑郁患者有效。其常用起始剂量为75 mg/day，严重抑郁可达150–300 mg/day，半衰期约22 h（14–40 h）。治疗药物监测（TDM）建议的严格血浆治疗窗为45–100 ng/mL（0.135–0.301 μM），较宽治疗窗为0.017–0.42 μg/mL（0.051–1.265 μM）。DOTH可致口干、尿潴留、便秘、震颤、视觉障碍和明显低血压，过量还可引起心脏毒性和神经毒性，包括威胁生命的惊厥和心律失常；急性DOTH中毒住院患者中72.3%出现深昏迷并需立即插管和机械呼吸支持。因此，建立可在治疗相关浓度范围内定量DOTH的灵敏分析方法具有实际意义。现有英国药典滴定法缺乏痕量分析灵敏度且耗时；色谱和电泳方法可靠但常存在运行成本高、需有毒有机溶剂和前处理耗时等问题；伏安法等电化学技术则具有灵敏度高、成本低、响应快和适合复杂基质直接分析等优势。碳糊电极（CPE）具有低背景电流、表面易更新和易引入修饰剂等优点，但裸石墨需表面修饰以提高电化学活性和电子转移能力。氮掺杂石墨（N-dG）中氮原子可增加活性位点、促进电子转移、增强催化性能并提供金属配位位点；金属有机框架（MOF）具有高比表面积、晶态多孔结构和Lewis酸位点；铁基金属有机框架（Fe-MOF）具有丰富、稳定、环境友好、生物相容、高电荷密度和氧化还原活性铁中心等优势。N-dG与Fe-MOF杂化可形成协同效应：N-dG提供高导电性以促进快速电子转移，Fe-MOF提供大量催化位点并增加有效表面积。基于此，研究人员采用超声辅助法在环境温度下制备Fe-MOF@N-dG复合材料，以其修饰CPE构建电化学传感器，用差分脉冲伏安法（DPV）测定DOTH，并进行准确度、精密度、选择性和加标人血浆应用验证，同时采用EPPI、AGREE、BAGI和RAPI评价绿色性与实用性。研究结论表明，该平台可提高DOTH测定灵敏度，具有可靠、成本有效和环境可持续等特点，有望用于药物质量控制分析，并在更低浓度进一步验证后用于TDM。

关键技术方法概括（不超过250字）：研究人员采用超声辅助法在环境温度下制备Fe-MOF@N-dG，并以5%负载修饰CPE。主要技术包括扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）和电化学阻抗谱（EIS）进行材料表征；循环伏安法（CV）和DPV考察电化学行为、pH、扫描速率及DPV参数；以[Fe(CN)₆]^3?/[Fe(CN)₆]^4?为探针评估电活性表面积（ECSA）和电荷转移；开展线性、检测限（LOD）、定量限（LOQ）、准确度和日内/日间精密度验证；考察尿酸、葡萄糖和抗坏血酸的选择性；应用于加标人血浆（人血浆样本来自VACSERA (Giza, Egypt)）；采用EPPI、AGREE、BAGI和RAPI评估可持续性。

研究结果：
3.1 制备的Fe-MOF@N-dG复合材料表征（Characterization of the Prepared Fe-MOF@N-dG Composite）：通过SEM、EDS、FT-IR和XRD等表征确认复合材料成功形成，并显示Fe-MOF与N-dG之间的协同作用。
3.1.1 形貌表征（Morphological Characterization）：SEM显示N-dG作为高导电支撑基质，Fe-MOF以细分散纳米颗粒锚定于石墨表面，PEG作为表面活性剂和稳定剂控制Fe-MOF成核与生长并抑制团聚。
3.1.2 EDS表征（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy Characterization）：EDS确认C、N、O、Fe为主要元素，N含量32.3 wt%提示石墨结构高度氮功能化并提供配位位点，Fe为0.34 wt%痕量；元素映射显示C 51%、O 32%、N 14%、Fe 4%，Fe分布均匀；体相EDS与表面映射差异归因于复合材料表面与体相异质性。
3.1.3 FT-IR分析（FT-IR Analysis）：FT-IR显示O–H/N–H、共轭羧酸根COO^?/石墨C=C、C–N、C–O及Fe–O振动，支持Fe离子与BTC配位。
3.1.4 XRD分析（XRD Analysis）：XRD显示约5.5°、12.5°、14.7°、19°的Fe-MOF特征峰及约26°的(002)石墨峰，说明复合材料具有晶态结构且N-dG存在。
3.2 DOTH的电化学分析（Electrochemical Analysis of DOTH）：CV显示Fe-MOF@N-dG/CPE较裸CPE显著增强DOTH阳极峰电流；DPV优化1–10%负载，5% Fe-MOF@N-dG/CPE背景校正峰高最大且氧化峰电位较低，故选5%为最优。
3.3 电化学表征（Electrochemical Characterization）：CV在[Fe(CN)₆]^3?/[Fe(CN)₆]^4?探针中显示5% Fe-MOF@N-dG/CPE峰电流高于裸CPE，ECSA为0.38 cm²，高于裸CPE的0.12 cm²；EIS Nyquist图显示5% Fe-MOF@N-dG/CPE半圆直径最小，电荷转移电阻最低。
3.4 Fe-MOF@N-dG/CPE对DOTH的电化学性能（Electrochemical Performance of DOTH on Fe-MOF@N-dG/CPE）：
3.4.1 pH影响（Effect of pH）：CV和DPV在pH 2–9中显示pH 3.0峰电流最大；峰电位随pH升高向低正电位移动，线性关系为Ep (V)=?0.0546 pH+0.9922（r²=0.9776），斜率0.0546 V/pH接近Nernst理论值0.059 V/pH，提示等质子电子参与。
3.4.2 扫描速率影响（Effect of Scan Rate (?)）：CV在10–100 mV/s下显示阳极峰电流与?^1/2线性，Ip (μA)=1.9207 ?^1/2+0.2739（R²=0.9919），log Ip与log ?斜率0.4856，提示扩散控制；峰电位随扫描速率增加，提示不可逆氧化，计算n≈1。
3.4.3 DPV参数优化（Optimization of DPV Parameters）：优化得脉冲振幅0.08 V、脉冲宽度0.09 s、脉冲周期0.7 s时峰形和灵敏度最佳。
3.5 方法验证（Method Validation）：DPV在0.6–100 μM范围内线性良好，Ip (μA)=0.2231 C (μM)+2.6609（R²=0.9999）；LOD为0.073 μM，LOQ为0.221 μM；平均回收率101.94%，日内RSD 1.08%，日间RSD 1.71%；传感器3个月内响应稳定。
3.6 传感器选择性（Sensor Selectivity）：DPV显示100 μM DOTH与等摩尔尿酸、葡萄糖和抗坏血酸共存时，干扰物未显著影响DOTH氧化信号，选择性较高。
3.7 加标人血浆应用（Application to Spiked Human Plasma）：对1、5、10、50和100 μM加标血浆三份测定，1 μM回收率90.39%，5–100 μM回收率93.72–96.93%，最低浓度最大RSD为2.8%；但验证校准下限0.6 μM高于严格治疗窗，LOQ虽落在报道治疗范围内，方法尚不能直接用于治疗浓度尤其是严格治疗窗的TDM，需进一步低浓度验证。
3.8 可持续性评估（Sustainability Assessment）：EPPI显示环境指数97、性能与实用性指数80、总分88.5；AGREE为0.78、BAGI为70、RAPI为45，表明方法环境友好、简便实用且环境安全与分析性能平衡。

讨论部分总结：讨论将传感器性能归因于N-dG导电网络与Fe-MOF催化活性位点的协同作用，5%负载为最优；线性、LOD、精密度、选择性、加标血浆回收率和绿色评价支持方法的可靠性与实用性；同时明确指出校准范围高于严格治疗窗，不能直接用于TDM，需进一步低浓度验证。研究结论翻译：本工作证明Fe-MOF@N-dG复合材料可作为修饰传感平台，用于DPV电化学定量DOTH。N-dG与Fe-MOF整合改善了Fe-MOF颗粒的表面分布，并增强了电导和电子转移过程。Fe-MOF在N-dG表面的超声辅助合成在环境温度下获得均匀复合结构，无需水热加热或危险溶剂。DPV定量分析证明，将Fe-MOF@N-dG作为CPE修饰剂是提高DOTH测定灵敏度的可靠且成本有效的工具。所提方法为药物质量控制分析提供了有前景的替代方案，并在更低浓度进一步验证后可用于治疗药物监测。